[发明专利]一种耐蚀隔热涂层体系及其制备方法

说明书

本发明属于表面工程耐蚀隔热材料技术领域，具体涉及一种耐蚀隔热涂层体系及其制备方法，耐蚀隔热涂层体系的主体结构包括复合打底层、防腐层、隔热层和封闭层，耐蚀隔热涂层体系制备方法的具体工艺过程包括预处理基体、制备复合打底层、制备防腐层、制备隔热层和制备封闭层共五个步骤，首先在铝基体表面进行预处理，再利用低压冷喷涂制备粘结防腐层，然后利用高压冷喷涂方法制备梯度/渐变的粘结过度层，最后利用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层；其耐蚀隔热涂层体系结构简单，耐蚀隔热效果好，使用环境友好，寿命周期长，其制备方法易操作，原理科学可靠，安全环保，提高了涂层体系层间的结合强度，加强了涂层体系与基体的腐蚀相容性。

技术领域：

本发明属于表面工程耐蚀隔热材料技术领域，具体涉及一种耐蚀隔热涂层体系及其制备方法，在铝合金表面喷涂耐蚀隔热涂层，以使铝合金材质的部件在海洋环境中得到广泛应用。

背景技术：

铝合金以其比强度和比刚度高以及减振性好的一系列优点在航空、航天、汽车、电子和家电等行业具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，但是因为铝合金的化学性质活泼，容易遭受腐蚀、硬度低，不耐磨、熔点低，耐热性能差,限制了铝合金在抗热环境的研究和应用发展缓慢；表面处理能有效改进各种铝合金的表面性能,提高耐腐蚀、耐磨耗和耐热性能，使用最广泛的防护方法是在铝合金基体上喷涂热障涂层，热障涂层的制备方法包括电子束物理气相沉积法(EB-PVD)、火焰喷涂、等离子喷涂(APS)、超音速火焰喷涂(HVOF)和爆炸喷涂等，其中，等离子喷涂、粉末火焰喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂均属于热喷涂技术，区别在于通过不同的加热方式使颗粒在不同结构的喷枪中熔化进行喷涂，热喷涂技术的原理是利用燃烧能或电能将喷涂粉末熔化成熔融态或半熔融态后通过气流吹动使其雾化，高速喷射到基体表面形成喷涂层；喷涂层与基体之间以及喷涂层中颗粒之间主要是通过镶嵌、咬合或填塞等机械形式连接，其次是通过微区冶金结合以及化学键结合。涂层中作为工作层的材料主要为Al₂O₃(氧化铝)或ZrO₂(二氧化锆)等高性能、低导热系数的陶瓷材料；复合涂层的引入使涂层的内聚强度和涂层与基体的结合强度都得到了明显提高，并且使得涂层中的热应力得到缓解，从而增强了涂层的抗热震性能和服役寿命。目前，热障涂层以MCrAlY(粘接层)+ZrO₂为主要体系，其中M(金属)是Co(钴)或Ni(镍)或者两者的混合组份，能够粘接涂层与基体并起到过度应力的作用，ZrO₂通过添加YO₂(氧化钇)起到隔热和稳定体积的作用，MCrAlY中的Al(铝)通过生成Al₂O₃(TGO热生长层)起到阻止氧气扩散氧化基体的作用。

由于热喷涂方法是在高温下进行的操作，所以对基体的热损伤大，而且热喷涂方法制备的涂层孔隙率较高，涂层长期处于海洋环境中不可避免的会遭受海洋环境的腐蚀；在盐雾环境中，盐雾沿孔隙到达基体的粘结层和基体，同样会造成粘结层和基体遭受海洋环境的腐蚀，腐蚀产物会导致隔热陶瓷层结合力下降使涂层最终发生脱落失效；同时，MCrAlY+ZrO₂涂层体系在诸多应用实例中表明，其耐蚀性能(非热腐蚀)较差，不适合海洋环境的腐蚀防护，从而，设计新的适合海洋环境防腐的涂层体系成为了迫切需求，相关专利文献中的烧结热涨涂层是在铝、镁合金及其复合材料表面，先通过硅酸盐和磷酸盐体系等离子体电解液使铝、镁合金及其复合材料表面电解氧化成膜介质，再在等离子电解氧化膜基础上以电泳沉积电解液的电泳沉积，制得铝、镁合金及其复合材料表面热障涂层，其仍然不能解决膨胀系数大的问题，没有得到推广使用。因此，研发设计一种用于海洋环境中铝合金耐蚀隔热涂层体系及其制备方法，基于冷喷涂技术改善铝合金表面涂层的性能，具有良好的社会和经济效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中铝合金表面存在热障涂层防腐性能差的缺点，研发设计一种铝合金耐蚀隔热涂层体系及其制备方法，在铝合金基体上制备性能良好的耐热涂层，使基体到涂层的物理参数过度平稳，在海洋环境中使用时能够抵御飞溅海水的腐蚀和热震破坏。